特許 7552079 水電解システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(54)【発明の名称】水電解システム

(51)【国際特許分類】

   C25B 9/00 20210101AFI20240910BHJP

   C25B 15/02 20210101ALI20240910BHJP

【ＦＩ】

C25B9/00 A

C25B15/02

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020099822

(22)【出願日】2020-06-09

(65)【公開番号】P2021193207

(43)【公開日】2021-12-23

【審査請求日】2023-03-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(74)【代理人】

【識別番号】100144510

【弁理士】

【氏名又は名称】本多 真由

(72)【発明者】

【氏名】植田 忠伸

【審査官】萩原 周治

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２４９５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１４１３４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００１－３５５０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２７７９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０２８６５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｂ １／００－１５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水電解システムであって、
酸素極と、酸素極側流路と、水素極と、水素極側流路と、を備え、水を電気分解することで酸素と水素を生成する電解セルと、
前記電解セルの前記酸素極側流路に水供給流路を介して接続されており、前記電解セルに供給される水を貯留する水貯留部を備え、前記水貯留部内の水を、前記水供給流路を介して前記電解セルに供給する水供給部と、
前記電解セルの前記酸素極側流路に酸素側流路を介して接続されると共に、前記水供給流路と酸素供給流路を介して接続される第１酸素貯留部を備え、前記電解セルで生成された酸素を、前記酸素側流路を介して前記第１酸素貯留部に貯留し、前記第１酸素貯留部内の酸素を、前記酸素供給流路を介して前記水供給流路に供給する酸素側処理部と、
前記電解セルによる水の電気分解を停止した時に、前記酸素側処理部を制御して、前記第１酸素貯留部内の酸素を前記水供給流路に供給させる制御部と、
を備え、
前記酸素側処理部は、
前記酸素側流路に接続される酸素側排出流路を、さらに備え、
前記制御部は、
前記電解セルによる水の電気分解を停止した後、前記電解セルによる水の電気分解を開始する時に、前記水供給部を制御して、前記水貯留部内の水を、前記水供給流路を介して前記電解セルの前記酸素極側流路に供給させ、前記電解セルの前記酸素極側流路から前記酸素側流路に流入した水を、前記酸素側排出流路を介して、前記水電解システムの外へ排出させる、
水電解システム。

【請求項2】

水電解システムであって、
酸素極と、酸素極側流路と、水素極と、水素極側流路と、を備え、水を電気分解することで酸素と水素を生成する電解セルと、
前記電解セルの前記酸素極側流路に水供給流路を介して接続されており、前記電解セルに供給される水を貯留する水貯留部を備え、前記水貯留部内の水を、前記水供給流路を介して前記電解セルに供給する水供給部と、
前記電解セルの前記酸素極側流路に酸素側流路を介して接続されると共に、前記水供給流路と酸素供給流路を介して接続される第１酸素貯留部を備え、前記電解セルで生成された酸素を、前記酸素側流路を介して前記第１酸素貯留部に貯留し、前記第１酸素貯留部内の酸素を、前記酸素供給流路を介して前記水供給流路に供給する酸素側処理部と、
前記電解セルによる水の電気分解を停止した時に、前記酸素側処理部を制御して、前記第１酸素貯留部内の酸素を前記水供給流路に供給させる制御部と、
を備え、
前記酸素側処理部は、
前記電解セルで生成された酸素を、前記第１酸素貯留部の圧力より低い圧力で貯留する第２酸素貯留部を、さらに備え、
前記制御部は、
前記電解セルによる水の電気分解を停止した時に、前記酸素側処理部を制御して、前記第１酸素貯留部と前記第２酸素貯留部とを、前記酸素供給流路、前記水供給流路、および前記酸素極側流路を介して接続することにより、前記第１酸素貯留部と前記第２酸素貯留部との圧力差によって、前記第１酸素貯留部内の酸素を、前記酸素供給流路、前記水供給流路、および前記酸素極側流路に流通させる、
水電解システム。

【請求項3】

請求項１に記載の水電解システムであって、
前記酸素側処理部は、
前記電解セルで生成された酸素を、前記第１酸素貯留部の圧力より低い圧力で貯留する第２酸素貯留部を、さらに備え、
前記制御部は、
前記電解セルによる水の電気分解を停止した時に、前記酸素側処理部を制御して、前記第１酸素貯留部と前記第２酸素貯留部とを、前記酸素供給流路、前記水供給流路、および前記酸素極側流路を介して接続することにより、前記第１酸素貯留部と前記第２酸素貯留部との圧力差によって、前記第１酸素貯留部内の酸素を、前記酸素供給流路、前記水供給流路、および前記酸素極側流路に流通させる、
水電解システム。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水電解システムは、
前記電解セルの前記水素極側流路に水素側流路を介して接続されると共に、水素供給流路を介して前記電解セルの前記水素極側流路と接続される第１水素貯留部を備え、前記電解セルで生成された水素を、前記水素側流路を介して前記第１水素貯留部に貯留し、前記第１水素貯留部内の水素を、前記水素供給流路を介して前記電解セルの前記水素極側流路に供給する水素側処理部を、さらに備え、
前記制御部は、
前記電解セルによる水の電気分解を停止した時に、前記水素側処理部を制御して、前記第１水素貯留部内の水素を、前記電解セルの前記水素極側流路に供給させる、
水電解システム。

【請求項5】

請求項４に記載の水電解システムであって、
前記水素側処理部は、
前記水素側流路に接続される水素側排出流路を、さらに備え、
前記制御部は、
前記電解セルによる水の電気分解を停止した後、前記電解セルによる水の電気分解を開始する時に、前記水素側処理部を制御して、前記第１水素貯留部内の水素を、前記水素供給流路を介して前記電解セルの前記水素極側流路に供給させ、前記電解セルの前記水素極側流路から前記水素側流路に流入した水素を、前記水素側排出流路を介して、前記水電解システムの外へ排出させる、
水電解システム。

【請求項6】

請求項４または請求項５に記載の水電解システムであって、
前記水素側処理部は、
前記電解セルで生成された水素を、前記第１水素貯留部の圧力より低い圧力で貯留する第２水素貯留部をさらに備え、
前記制御部は、
前記電解セルによる水の電気分解を停止した時に、前記水素側処理部を制御して、前記第１水素貯留部と第２水素貯留部とを、前記水素供給流路、および前記水素極側流路を介して接続することにより、前記第１水素貯留部と前記第２水素貯留部との圧力差によって、前記第１水素貯留部内の水素を、前記水素供給流路、および前記水素極側流路に流通させる、
水電解システム。

【請求項7】

水電解システムであって、
酸素極と、酸素極側流路と、水素極と、水素極側流路と、を備え、水を電気分解することで酸素と水素を生成する電解セルと、
前記電解セルの前記酸素極側流路に水供給流路を介して接続されており、前記電解セルに供給される水を貯留する水貯留部を備え、前記水貯留部内の水を、前記水供給流路を介して前記電解セルに供給する水供給部と、
前記電解セルの前記酸素極側流路に酸素側流路を介して接続される酸素貯留部と、前記酸素側流路に接続される酸素側排出流路と、を備え、前記電解セルで生成された酸素を、前記酸素側流路を介して前記酸素貯留部に貯留する酸素側処理部と、
前記電解セルによる水の電気分解を停止した後、前記電解セルによる水の電気分解を開始する時に、前記水供給部を制御して、前記水貯留部内の水を、前記水供給流路を介して前記電解セルの前記酸素極側流路に供給させ、前記電解セルの前記酸素極側流路から前記酸素側流路に流入した水を、前記酸素側排出流路を介して、前記水電解システムの外へ排出させる制御部と、
を備える、
水電解システム。

【請求項8】

請求項７に記載の水電解システムは、
前記電解セルの前記水素極側流路に水素側流路を介して接続されると共に、水素供給流路を介して前記電解セルの前記水素極側流路と接続される第１水素貯留部と、前記水素側流路に接続される水素側排出流路と、を備え、前記電解セルで生成された水素を、前記水素側流路を介して前記第１水素貯留部に貯留し、前記第１水素貯留部内の水素を、前記水素供給流路を介して前記電解セルの前記水素極側流路に供給する水素側処理部を、さらに備え、
前記制御部は、
前記電解セルによる水の電気分解を停止した後、前記電解セルによる水の電気分解を開始する時に、前記水素側処理部を制御して、前記水素貯留部内の水素を、前記水素供給流路を介して前記電解セルの前記水素極側流路に供給させ、前記電解セルの前記水素極側流路から前記水素側流路に流入した水素を、前記水素側排出流路を介して、前記水電解システムの外へ排出させる、
水電解システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水電解システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水の電気分解によって水素と酸素を生成する水電解システムが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１には、水電解システムの運転点停止時に、エアブロアから導かれた空気によって、水循環路および水電解スタック内に存在している水を排出させて、水電解スタック内の水の凍結による水電解スタックの破損を抑制する技術が開示されている。特許文献２には、生成ガスで駆動するガス駆動式送水装置によって水電解装置で電気分解される水を搬送させる技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１２３８９９号公報

【文献】特開２０１８－１７８２３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献２に記載の水電解システムでは、水電解停止時に、水供給流路や、水電解セル内に水が在る。水供給流路は、例えば、ステンレス鋼等の金属製の配管が用いられることが多く、また、水電解セル内には、金属メッシュ等の給電体が設けられていることが多い。そのため、水電解の停止時間が長いと、水供給流路や、水電解セル内に滞留する滞留水に、水供給流路としての金属製の配管や、水電解セル内の金属メッシュ等から金属イオンが溶出し、滞留水の導電率が上昇する場合がある。水電解システムにおける水電解開始時、水電解セルに水が供給される際に、滞留水も一緒に水電解セルに供給される。そのため、滞留水の導電率が上昇すると、水電解セルに供給される水の導電率が上昇し、水電解セルの電極が劣化する虞がある。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、水電解システムにおいて、電解セルに供給される水の導電率の上昇を抑制する技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

【0007】

（１）本発明の一形態によれば、水電解システムが提供される。この水電解システムは、酸素極と、酸素極側流路と、水素極と、水素極側流路と、を備え、水を電気分解することで酸素と水素を生成する電解セルと、前記電解セルの前記酸素極側流路に水供給流路を介して接続されており、前記電解セルに供給される水を貯留する水貯留部を備え、前記水貯留部内の水を、前記水供給流路を介して前記電解セルに供給する水供給部と、前記電解セルの前記酸素極側流路に酸素側流路を介して接続されると共に、前記水供給流路と酸素供給流路を介して接続される第１酸素貯留部を備え、前記電解セルで生成された酸素を前記酸素側流路を介して前記第１酸素貯留部に貯留し、前記第１酸素貯留部内の酸素を、前記酸素供給流路を介して前記水供給流路に供給する酸素側処理部と、前記電解セルによる水の電気分解を停止した時に、前記酸素側処理部を制御して、前記酸素貯留部内の酸素を前記水供給流路に供給させる制御部と、を備える。

【0008】

この構成によれば、電解セルによる水の電気分解を停止した時に、第１酸素側処理部の酸素貯留部内の酸素が水供給流路に供給される。水供給流路は、電解セルの酸素極側流路に接続されており、酸素極側流路には酸素側流路が接続されているため、供給された酸素は、水供給流路、電解セルの酸素極側流路、および酸素側流路を流れる。そのため、電解セルによる水の電気分解を停止した時に、水供給流路、電解セルの酸素極側流路、および酸素側流路内に在る水の少なくとも一部を、水電解によって生成された酸素によって、それらの流路から排出させることができる。そのため、電解セルによる水の電気分解の停止中に、水供給流路、電解セルの酸素極側流路、および酸素側流路内に滞留する滞留水の量を低減させることができ、水の電気分解開始時に電解セルに供給される水の導電率の上昇を抑制することができる。

【0009】

（２）上記形態の水電解システムであって、前記酸素側処理部は、前記酸素側流路に接続される酸素側排出流路を、さらに備え、前記制御部は、前記電解セルによる水の電気分解を停止した後、前記電解セルによる水の電気分解を開始する時に、前記水供給部を制御して、前記水貯留部内の水を、前記水供給流路を介して前記電解セルの前記酸素極側流路に供給させ、前記酸素側処理部を制御して、前記電解セルの前記酸素極側流路から前記酸素側流路に流入した水を、前記酸素側排出流路を介して、前記水電解システムの外へ排出させてもよい。

【0010】

このようにすると、電解セルによる水の電気分解を開始する時に、水貯留部内の水が、水供給流路、電解セルの酸素極側流路、および酸素側流路を流れ、酸素側排出流路を介して水電解システムの外へ排出される。そのため、電解セルによる水の電気分解を停止した時に、第１酸素貯留部内の酸素を用いて水供給流路、電解セルの酸素極側流路、および酸素側流路をパージしてもなお、それらの流路に残留し、電解セルによる水の電気分解の停止中に、それらの流路内に滞留し、導電率が上昇した滞留水を、水によって水電解システム外に排出することができる。そのため、水の電気分解開始時に電解セルに供給される水の導電率の上昇を、さらに抑制することができる。

【0011】

（３）上記形態の水電解システムであって、前記酸素側処理部は、前記電解セルの前記酸素極側流路に前記酸素側流路を介して接続される第２酸素貯留部を、さらに備え、前記電解セルで生成された酸素を、前記第１酸素貯留部の圧力より低い圧力で前記第２酸素貯留部に貯留し、前記制御部は、前記電解セルによる水の電気分解を停止した時に、前記酸素側処理部を制御して、前記第１酸素貯留部と前記第２酸素貯留部との圧力差によって、前記第１酸素貯留部内の酸素を、前記水供給流路に供給させてもよい。

【0012】

このようにすると、第１酸素貯留部内の酸素を水供給流路に供給するためのポンプを用いず、第１酸素貯留部内の酸素を水供給流路に供給することができる。そのため、水電解システムの小型化、コスト低減に資することができる。また、電動ポンプを用いる場合と比較して、流路内の排水に要するエネルギを低減することができる。

【0013】

（４）上記形態の水電解システムは、前記電解セルの前記水素極側流路に水素側流路を介して接続されると共に、水素供給流路を介して前記電解セルの前記水素極側流路と接続される第１水素貯留部を備え、前記電解セルで生成された水素を、前記水素側流路を介して前記第１水素貯留部に貯留し、前記第１水素貯留部内の水素を、前記水素供給流路を介して前記電解セルの前記水素極側流路に供給する水素側処理部を、さらに備え、前記制御部は、前記電解セルによる水の電気分解を停止した時に、前記水素側処理部を制御して、前記第１水素貯留部内の水素を、前記水電解セルの前記水素極側流路に供給させてもよい。

【0014】

このようにすると、電解セルによる水の電気分解を停止した時に、第１水素側処理部の水素貯留部内の水素が電解セルの水素極側流路に供給される。水素極側流路には水素側流路が接続されているため、供給された水素は、電解セルの水素極側流路、および水素側流路を流れる。そのため、電解セルによる水の電気分解を停止した時に、電解セルの水素極側流路、および水素側流路内に在る水の少なくとも一部を、水電解によって生成された水素によって、それらの流路から排出させることができる。そのため、電解セルによる水の電気分解の停止中に、電解セルの水素極側流路内に滞留する滞留水の量を低減させることができ、滞留水の導電率が上昇することによる水素極の劣化を抑制すことができる。また、電解セルによる水の電気分解の停止中に、水素側流路内に滞留する滞留水の量を低減させることができ、例えば、水電解セルから水素側処理部に流入する水を、水電解セルに供給される水として再利用する場合に、電解セルに供給される水の導電率の上昇を抑制することができる。

【0015】

（５）上記形態の水電解システムであって、前記水素側処理部は、前記水素側流路に接続される水素側排出流路を、さらに備え、前記制御部は、前記電解セルによる水の電気分解を停止した後、前記電解セルによる水の電気分解を開始する時に、前記水素側処理部を制御して、前記第１水素貯留部内の水素を、前記水素供給流路を介して前記電解セルの前記水素極側流路に供給させ、前記電解セルの前記水素極側流路から前記水素側流路に流入した水素を、前記水素側排出流路を介して、前記水電解システムの外へ排出させてもよい。

【0016】

このようにすると、電解セルによる水の電気分解を開始する時に、水素貯留部内の水素が、電解セルの水素極側流路、および水素側流路を流れ、水素側排出流路を介して水電解システムの外へ排出される。そのため、電解セルによる水の電気分解を停止した時に、第１水素貯留部内の水素を用いて、電解セルの水素極側流路、および水素側流路をパージしてもなお、それらの流路に残留し、電解セルによる水の電気分解の停止中に、それらの流路内に滞留し、導電率が上昇した滞留水を、水電解によって生成された水素によって水電解システム外に排出することができる。そのため、例えば、水電解セルから水素側処理部に流入する水を、水電解セルに供給される水として再利用する場合に、電解セルに供給される水の導電率の上昇を、さらに抑制することができる。

【0017】

（６）上記形態の水電解システムであって、前記水素側処理部は、前記電解セルの前記水素極側流路に前記水素側流路を介して接続される第２水素貯留部を、さらに備え、前記電解セルで生成された水素を、前記第１水素貯留部の圧力より低い圧力で貯留し、前記制御部は、前記電解セルによる水の電気分解を停止した時に、前記水素側処理部を制御して、前記第１水素貯留部と前記第２水素貯留部との圧力差によって、前記第１水素貯留部内の水素を、前記電解セルの前記水素極側流路に供給させてもよい。

【0018】

このようにすると、第１水素貯留部内の水素を電解セルに供給するためのポンプを用いず、第１水素貯留部内の水素を電解セルに供給することができる。そのため、水電解システムの小型化、コスト低減に資することができる。また、電動ポンプを用いる場合と比較して、流路内の排水に要するエネルギを低減することができる。

【0019】

（７）本発明の他の形態によれば、水電解システムが提供される。この水電解システムは、酸素極と、酸素極側流路と、水素極と、水素極側流路と、を備え、水を電気分解することで酸素と水素を生成する電解セルと、前記電解セルの前記酸素極側流路に水供給流路を介して接続されており、前記電解セルに供給される水を貯留する水貯留部を備え、前記水貯留部内の水を、前記水供給流路を介して前記電解セルに供給する水供給部と、前記電解セルの前記酸素極側流路に酸素側流路を介して接続される酸素貯留部と、前記酸素側流路に接続される酸素側排出流路と、を備え、前記電解セルで生成された酸素を、前記酸素側流路を介して前記酸素貯留部に貯留する酸素側処理部と、前記電解セルによる水の電気分解を停止した後、前記電解セルによる水の電気分解を開始する時に、前記水供給部を制御して、前記水貯留部内の水を、前記水供給流路を介して前記電解セルの前記酸素極側流路に供給させ、前記酸素側処理部を制御して、前記電解セルの前記酸素極側流路から前記酸素側流路に流入した水を、前記酸素側排出流路を介して、前記水電解システムの外へ排出させる制御部と、を備える。

【0020】

この構成によれば、電解セルによる水の電気分解を開始する時に、水貯留部内の水が、水供給流路、電解セルの酸素極側流路、および酸素側流路を流れ、酸素側排出流路を介して水電解システムの外へ排出される。そのため、電解セルによる水の電気分解の停止中に、水供給流路、電解セルの酸素極側流路、および酸素側流路内に滞留し、導電率が上昇した滞留水を、水によって水電解システム外に排出することができる。そのため、水の電気分解開始時に電解セルに供給される水の導電率の上昇を、さらに抑制することができる。

【0021】

（８）上記形態の水電解システムは、前記電解セルの前記水素極側流路に水素側流路を介して接続されると共に、水素供給流路を介して前記電解セルの前記水素極側流路と接続される第１水素貯留部を備え、前記電解セルで生成された水素を、前記水素側流路を介して前記第１水素貯留部に貯留し、前記第１水素貯留部内の水素を、前記水素供給流路を介して前記電解セルの前記水素極側流路に供給する水素側処理部を、さらに備え、前記制御部は、前記電解セルによる水の電気分解を停止した後、前記電解セルによる水の電気分解を開始する時に、前記水素側処理部を制御して、前記水素貯留部内の水素を、前記水素供給流路を介して前記電解セルの前記水素極側流路に供給させ、前記電解セルの前記水素極側流路から前記水素側流路に流入した水素を、前記水素側排出流路を介して、前記水電解システムの外へ排出させてもよい。

【0022】

このようにすると、電解セルによる水の電気分解を開始する時に、水素貯留部内の水素が、電解セルの水素極側流路、および水素側流路を流れ、水素側排出流路を介して水電解システムの外へ排出される。そのため、電解セルによる水の電気分解を停止した時に、第１水素貯留部内の水素を用いて、電解セルの水素極側流路、および水素側流路をパージしてもなお、それらの流路に残留し、電解セルによる水の電気分解の停止中に、それらの流路内に滞留し、導電率が上昇した滞留水を、水電解によって生成された水素によって水電解システム外に排出することができる。そのため、例えば、水電解セルから水素側処理部に流入する水を、水電解セルに供給される水として再利用する場合に、電解セルに供給される水の導電率の上昇を、さらに抑制することができる。

【0023】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、水電解システムの制御方法、水電解方法、水の電気分解をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、そのコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等などの形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】第１実施形態の水電解システムの概略構成を示した説明図である。

【図2】水電解システムにおける水電解処理の説明図である。

【図3】水電解システムにおける水電解停止処理の説明図である。

【図4】水電解システムにおける水電解開始処理の説明図である。

【図5】第２実施形態の水電解システムの概略構成を示した説明図である。

【図6】水電解システムにおける水電解停止処理の説明図である。

【図7】第３実施形態の水電解システムの概略構成を示した説明図である。

【図8】水電解システムにおける水電解停止処理の説明図である。

【図9】第４実施形態の水電解システムの概略構成を示した説明図である。

【図10】水電解システムにおける水電解開始処理の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の水電解システム１の概略構成を示した説明図である。水電解システム１は、電解セル１０と、酸素側処理部２０と、水素側処理部３０と、水供給部４０と、制御部５０を備える。本実施形態の水電解システム１では、電解セル１０において水を電気分解することで酸素と水素を生成する。電気分解されなかった水とともに電解セル１０から排出される酸素は酸素側処理部２０において水が分離され、酸素側処理部２０に貯留される。一方、電気分解されなかった水とともに電解セル１０から排出される水素は、水素側処理部３０において水が分離され、水素側処理部３０に貯留される。また、酸素側処理部２０および水素側処理部３０で分離された水は、水供給部４０に送られ、電解セル１０での電気分解のために、再び電解セル１０に供給される。本実施形態の水電解システム１では、水素と酸素を効率的にかつ高純度で生成するため、不純物が少ない純度が高められた純水に対して電気分解が行われるが、電気分解される水の純度は、これに限定されない。本明細書において、水の電気分解を、「水電解」ともいう。

【0026】

電解セル１０は、ＰＥＭ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）型水電解セルであって、膜電極接合体（以下、「ＭＥＡ」という）１１を有する。ＭＥＡ１１は、水素イオンと水を通すことが可能な電解質膜１１ａの両面に、水の電気分解によって生成された酸素イオンから酸素を生成する酸素極１１ｂと、水素イオンから水素を生成する水素極１１ｃと、が接合されたものである。酸素極１１ｂには、溝や多孔質部材の細孔などの酸素極側流路１２が形成されている。水素極１１ｃには、酸素極側流路１２と同様に、溝や多孔質部材の細孔などの水素極側流路１３が形成されている。電解セル１０には、ＭＥＡ１１の酸素極１１ｂと水素極１１ｃとに電力を供給する電源１４が設けられている。

【0027】

電解セル１０では、水供給部４０が供給する水が酸素極側流路１２を流れている状態において、ＭＥＡ１１の酸素極１１ｂと水素極１１ｃに電力が供給されると、酸素極１１ｂにおいて水が電気分解され、酸素と水素イオンが生成される。生成された酸素は、電気分解されなかった水の一部とともに酸素極側流路１２を通って電解セル１０の外部に排出される。酸素極１１ｂで生成された水素イオンは、電気分解されなかった水のうち電解セル１０の外部に排出されなかった水（随伴水）とともに、酸素極１１ｂから水素極１１ｃに移動し、水素極１１ｃにおいて電子と結合することで水素になる。水素極１１ｃにおいて生成された水素は、随伴水とともに、水素極側流路１３を通って電解セル１０の外部に排出される。なお、本実施形態での酸素極側流路１２における酸素と水の流れ方向は、図１に示す点線矢印Ａ１２が示す方向であり、水素極側流路１３における水素と随伴水の流れ方向は、図１に示す点線矢印Ａ１３が示す方向である。

【0028】

電解セル１０において水の電気分解を行うとき、酸素極側流路１２に供給される水の一部は、過電圧により高温になっている電解セル１０を冷却する冷媒となる。すなわち、本実施形態の水供給部４０は、電気分解される水と電解セル１０を冷却するための水を電解セル１０に供給する。電解セル１０を冷却した水は、上述した電気分解されなかった水として、酸素または水素とともに電解セル１０の外部に排出される。酸素極側流路１２から排出される酸素と水の混合物は、酸素側処理部２０に送られる。水素極側流路１３から排出される水素と水の混合物は、水素側処理部３０に送られる。

【0029】

水供給部４０は、水タンク４１と、供給ポンプ４３と、イオン交換器４５と、送液ポンプ７７と、イオン交換器７９と、を備える。水供給部４０は、電解セル１０に供給される水を一時的に貯留し、電解セル１０に水Ｗ７０を供給する。本実施形態における水タンク４１を、「水貯留部」とも呼ぶ。

【0030】

水タンク４１は、外部の図示しない水供給装置から供給される水（図１の点線矢印Ｆ４０）を一時的に貯留する。また、水タンク４１には、酸素側処理部２０において気液分離された水と、水素側処理部３０において気液分離された水が送られる。水タンク４１は、水供給流路４０ａ、水供給流路４０ｄ、供給ポンプ４３、および水供給流路４０ｂを介して電解セル１０に接続されている。水タンク４１内の水Ｗ７０は、供給ポンプ４３によって加圧されて電解セル１０の酸素極側流路１２に供給される。水タンク４１は、水供給流路４０ａおよび水供給流路４０ｂを介して供給ポンプ４３に接続されている。

【0031】

供給ポンプ４３は、ダイアフラム式のポンプであって、水素側処理部３０から供給される水素の圧力によって駆動する。なお、供給ポンプ４３の駆動方式は、これに限定されない。水素の流れによって歯車やタービンを回転させることで水タンク４１に貯留されている水Ｗ７０を加圧し、加圧された水を電解セル１０に供給してもよい。

【0032】

供給ポンプ４３と電解セル１０とに接続する水供給流路４０ｂには、三方弁４４が配置されている。三方弁４４は、水供給流路４０ｂを流れる水の一部をバイパス流路４０ｃに流す。バイパス流路４０ｃに配置されているイオン交換器４５は、バイパス流路４０ｃを流れる水の導電率をイオン交換によって低下させる。これにより、電解セル１０の電極の劣化を抑制することができる。

【0033】

また、送液ポンプ７７とイオン交換器７９は、酸素側処理部２０と水タンク４１とを接続する酸素側流路２０ｃに設けられている。送液ポンプ７７は、酸素側処理部２０から供給される酸素の圧力によって駆動するダイアフラム式のポンプである。送液ポンプ７７は、酸素側処理部２０から供給される水を加圧し、加圧した水を水タンク４１に送る。イオン交換器７９は、送液ポンプ７７が水タンク４１に送る水の導電率をイオン交換によって低下させる。なお、送液ポンプ７７の駆動方式は、これに限定されない。酸素によって歯車やタービンを回転させることで、水を加圧し、水タンク４１に送ってもよい。

【0034】

制御部５０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および、ＣＰＵを含んで構成されるコンピュータである。制御部５０は、水電解処理、水電解停止処理、水電解開始処理（後述する）を含む水電解システム１全体の制御を行う。

【0035】

酸素側処理部２０は、熱交換器２１と、酸素側気液分離器２３と、第１酸素タンク６３と、第２酸素タンク６５を備える。酸素側処理部２０は、電解セル１０の酸素極側流路１２から排出される酸素と水の混合物から酸素を分離し、分離された酸素を貯留するとともに、気液分離によって得られた水Ｗ２０を水供給部４０の水タンク４１に送る。また、酸素側処理部２０は、貯留している酸素の一部を、水供給部７０が有する送液ポンプ７７に供給する。また、酸素側処理部２０は、第１酸素タンク６３内の酸素を、水供給部４０の水供給流路４０ｄに供給する。さらに、酸素側処理部２０は、電解セル１０から排出される水を水電解システム１外に排出可能である。本実施形態における第１酸素タンク６３を、「第１酸素貯留部」、「酸素貯留部」とも呼び、第２酸素タンク６５を、「第２酸素貯留部」とも呼ぶ。

【0036】

熱交換器２１は、酸素側流路２０ａおよび酸素側流路２０ｄを介して、電解セル１０の酸素極側流路１２に接続している。熱交換器２１は、熱交換流体が流れる熱交換パイプ２１ａを有している。熱交換器２１では、温度上昇した電解セル１０を冷却したために比較的高温となっている酸素と水の混合物から、熱交換パイプ２１ａを流れる熱交換流体を用いて、熱を回収する。熱交換流体によって回収された熱は、例えば、外部の図示しない蓄熱体で蓄熱したり、外部の図示しない物体を直接加熱したりすることに利用される。電解セル１０は過電圧により高温になっているため、電解セル１０の酸素極側流路１２から排出される水の一部は、水蒸気になっている。熱交換器２１は、電解セル１０から排出された水蒸気の少なくとも一部を液水にする。熱交換器２１は、酸素側流路２０ｂを介して酸素側気液分離器２３に接続されている。

【0037】

酸素側気液分離器２３は、例えば、サイクロン式の気液分離器であって、熱交換器２１を通った後の酸素と水の混合物を、酸素と水とに気液分離する。上述の通り、熱交換器２１によって水蒸気が液水になるため、酸素側気液分離器２３に流入する酸素の湿度（水蒸気含有量）は、電解セル１０から排出された酸素より低くなっている。すなわち、酸素側気液分離器２３にて気液分離された酸素は、乾燥酸素ともいえる。本実施形態の酸素側気液分離器２３では、酸素側気液分離器２３内の上側に酸素が溜まり、下側に水Ｗ２０が溜まる。なお、酸素側気液分離器２３の気液分離の方法は、サイクロン式に限定されず、フィルタを用いる方法、遠心力を用いる方法や、冷却式であってもよい。

【0038】

酸素側気液分離器２３は、酸素側流路２０ｃを介して水供給部４０に接続されている。酸素側気液分離器２３には、酸素側気液分離器２３内の水Ｗ２０の水位を検出する水位計２２ａが設けられている。また、酸素側流路２０ｃには、制御部５０によって開閉制御されるオンオフ弁２２が配置されている。水位計２２ａによって検出される水Ｗ２０の水位が所定の水位以下のとき、制御部５０がオンオフ弁２２を閉じることで酸素側気液分離器２３と水供給部４０とを遮断する。一方、水位計２２ａによって検出される水Ｗ２０の水位が所定の水位を超えるとき、制御部５０がオンオフ弁２２を開くことで、酸素側流路２０ｃを介して酸素側気液分離器２３内の水Ｗ２０が水供給部４０に送られる。

【0039】

また、酸素側気液分離器２３は、酸素側流路６０ａおよび酸素側流路６０ｂを介して第１酸素タンク６３に接続されると共に、酸素側流路６０ａ、酸素側流路６０ｄ、および酸素側流路６０ｅを介して第２酸素タンク６５に接続されている。酸素側気液分離器２３にて気液分離された酸素は、水電解処理が行われている間は、酸素側流路６０ａおよび酸素側流路６０ｂを介して第１酸素タンク６３に流入し、水電解処理停止中は、酸素側流路６０ａ、酸素側流路６０ｄ、および酸素側流路６０ｅを介して第２酸素タンク６５に流入する（後に詳述する）。酸素側流路６０ａには、逆止弁２４が配置されている。逆止弁２４は、酸素側気液分離器２３から第１酸素タンク６３および第２酸素タンク６５への流体の流れを許容する一方、第１酸素タンク６３および第２酸素タンク６５から酸素側気液分離器２３への流体の流れを遮断する。

【0040】

また、酸素側気液分離器２３には酸素側気液分離器２３における酸素の圧力を検出する圧力計６８が設けられている。圧力計６８は、検出した酸素の圧力を制御部５０に出力する。

【0041】

第１酸素タンク６３は、酸素側気液分離器２３で気液分離によって得られた酸素を、比較的高圧で貯留する。第１酸素タンク６３は、酸素側流路６０ｃを介して第２酸素タンク６５に接続されている。酸素側流路６０ｃには、第１酸素タンク６３の圧力を所定の圧力以下に維持する背圧弁６７が設けられており、第１酸素タンク６３に貯留されている酸素の圧力が所定値より大きくになったときに、背圧弁６７が開いて、第１酸素タンク６３から第２酸素タンク６５に、酸素が流入する。すなわち、第２酸素タンク６５は、第１酸素タンク６３に貯留されている酸素の圧力に比べ低圧で酸素を貯留する。ここで、所定の圧力は、送液ポンプ７７を用いて水タンク４１に水を送ることが可能な圧力である。

【0042】

また、第１酸素タンク６３は、酸素供給流路６０ｆおよび酸素側流路６０ｇを介して水供給部７０が有する送液ポンプ７７に接続されると共に、酸素供給流路６０ｆおよび酸素供給流路６０ｉを介して水供給部４０の水供給流路４０ｄに接続される。第１酸素タンク６３内の酸素の一部は、送液ポンプ７７に供給されて、送液ポンプ７７の駆動に用いられる。また、第１酸素タンク６３内の酸素の一部は、水供給流路４０ａに供給され、水供給流路、電解セル１０の酸素極側流路１２および酸素側流路のパージに用いられる（後に詳述する）。

【0043】

第２酸素タンク６５は、酸素側流路６０ａ、酸素側流路６０ｄ、および酸素側流路６０ｅを介して酸素側気液分離器２３とも接続されており、水供給流路、電解セル１０の酸素極側流路１２および酸素側流路のパージに用いられた酸素（第１酸素タンク６３から供給された酸素）であって、酸素側気液分離器２３によって液水が分離された酸素も、第２酸素タンク６５に貯留される。

【0044】

また、第２酸素タンク６５は、酸素側流路６０ｅおよび酸素側流路６０ｈを介して水供給部７０の送液ポンプ７７に接続しており、送液ポンプ７７の駆動に使われて低圧となった酸素も貯留される。第２酸素タンク６５に貯留される酸素は、必要に応じて水電解システム１の外部に排出され（図１の点線矢印Ｆ２０）、例えば、化学品の酸化や、製鋼における転炉での成分調整などに利用される。

【0045】

第２酸素タンク６５と送液ポンプ７７とを接続する酸素側流路６０ｈには、逆止弁６８が配置されている。逆止弁６８は、送液ポンプ７７から第２酸素タンク６５への流体の流れを許容する一方、第２酸素タンク６５から送液ポンプ７７への流体の流れを遮断する。

【0046】

水素側処理部３０は、水素側気液分離器３１と、第１水素タンク３３と、第２水素タンク３５を備える。水素側処理部３０は、電解セル１０の水素極側流路１３から排出される水素と水の混合物から水素を分離し、分離された水素を貯留するとともに、気液分離によって得られた水を水供給部４０が有する水タンク４１に送る。また、水素側処理部３０は、貯留している水素の一部を、水供給部４０が有する供給ポンプ４３に供給する。また、水素側処理部３０は、第１水素タンク３３内の水素を、電解セル１０の水素極側流路１３に供給する。さらに、水素側処理部３０は、電解セル１０から排出される水を水電解システム１外に排出可能である。本実施形態における第１水素タンク３３を、「第１水素貯留部」、「水素貯留部」とも呼び、第２水素タンク３５を、「第２水素貯留部」とも呼ぶ。

【0047】

水素側気液分離器３１は、水素側流路３０ａおよび水素側流路３０ｎを介して、電解セル１０の水素極側流路１３に接続されている。水素側気液分離器３１は、例えば、サイクロン式の気液分離器であって、水素極側流路１３から排出された水素と水の混合物を、水素と水とに気液分離する。本実施形態の水素側気液分離器３１では、水素側気液分離器３１の上側に水素が溜まり、下側に水Ｗ３０が溜まる。なお、水素側気液分離器３１の気液分離の方法は、酸素側気液分離器２３と同様に、サイクロン式に限定されず、フィルタを用いる方法や、遠心力を用いる方法、冷却式であってもよい。

【0048】

水素側気液分離器３１は、水素側流路３０ｂを介して水供給部４０の水タンク４１に接続されている。水素側気液分離器３１には、水素側気液分離器３１内の水Ｗ３０の水位を検出する水位計３２ａが設けられている。また、水素側流路３０ｂには、制御部５０によって開閉制御されるオンオフ弁３２が配置されている。水位計３２ａによって検出される水Ｗ３０の水位が所定の水位以下のとき、制御部５０がオンオフ弁３２を閉じることで水素側気液分離器３１と水供給部４０とを遮断する。一方、水位計３２ａによって検出される水Ｗ３０の水位が所定の水位を超えるとき、制御部５０がオンオフ弁３２を開くことで水素側流路３０ｂを介して水素側気液分離器３１内の水Ｗ３０が水タンク４１に送られる。

【0049】

また、水素側気液分離器３１は、水素側流路３０ｃおよび水素側流路３０ｇを介して第１水素タンク３３に接続されると共に、水素側流路３０ｃ、水素側流路３０ｈ、および水素側流路３０ｉを介して第２水素タンク３５に接続されている。水素側気液分離器３１にて気液分離された水素は、水電解処理が行われている間は、水素側流路３０ｃおよび水素側流路３０ｇを介して第１水素タンク３３に流入し、水電解処理停止中は、水素側流路３０ｃ、水素側流路３０ｈ、および水素側流路３０ｉを介して第２水素タンク３５に流入する（後に詳述する）。水素側流路３０ｃには、逆止弁３４が配置されている。逆止弁３４は、水素側気液分離器３１から第１水素タンク３３および第２水素タンク３５への流体の流れを許容する一方、第１水素タンク３３および第２水素タンク３５から水素側気液分離器３１への流体の流れを遮断する。

【0050】

第１水素タンク３３は、水素側気液分離器３１で気液分離によって得られた水素を、比較的高圧で貯留する。第１水素タンク３３は、水素側流路３０ｅを介して第２水素タンク３５に接続されている。水素側流路３０ｅには、第１水素タンク３３の圧力を所定の圧力以下に維持する背圧弁３７が設けられており、第１水素タンク３３に貯留されている水素の圧力が所定値より大きくなったときに、背圧弁３７が開いて、第１水素タンク３３から第２水素タンク３５に、水素が流入する。すなわち、第２水素タンク３５は、第１水素タンク３３に貯留されている水素の圧力に比べ低圧で水素を貯留する。ここで、所定の圧力は、供給ポンプ４３を用いて電解セル１０に水を供給することが可能な圧力である。

【0051】

第１水素タンク３３は、水素供給流路３０ｄおよび水素側流路３０ｋを介して水供給部４０の供給ポンプ４３に接続されると共に、水素供給流路３０ｄおよび水素供給流路３０ｊを介して電解セル１０に接続されている。水素供給流路３０ｄには、制御部５０からの指令に応じて水素供給流路３０ｄを流れる水素の流量を調整する流量調整弁３６が配置されている。制御部５０からの指令によって、三方弁３９ａが水素供給流路３０ｄと水素側流路３０ｋとを接続すると共に、流量調整弁３６が所定の流量になるように開弁することにより、第１水素タンク３３内の水素の一部が供給ポンプ４３に供給される。供給ポンプ４３に供給される第１水素タンク３３内の水素は、供給ポンプ４３の駆動に用いられる。

【0052】

また、水素供給流路３０ｊには、制御部５０からの指令に応じて開閉するオンオフ弁３９ｂが配置されている。制御部５０からの指令によって、三方弁３９ａが水素供給流路３０ｄと水素供給流路３０ｊとを接続すると共に、流量調整弁３６が所定の流量になるように開弁し、オンオフ弁３９ｂが開弁することにより、第１水素タンク３３内の水素の一部が電解セル１０に供給され、水素極側流路１３および水素側流路のパージに用いられる（後に詳述する）。

【0053】

第２水素タンク３５は、水素側流路３０ｃ、水素側流路３０ｈ、および水素側流路３０ｉを介して水素側気液分離器３１と接続されており、水素極側流路１３および水素側流路のパージに用いられた水素（第１水素タンク３３から供給された水素）であって、水素側気液分離器３１によって液水が分離された水素も、第２水素タンク３５に貯留される。

【0054】

また、第２水素タンク３５は、水素側流路３０ｉおよび水素側流路３０ｆを介して水供給部４０の供給ポンプ４３に接続されており、供給ポンプ４３の駆動に使われて低圧となった水素も貯留される。第２水素タンク３５に貯留される水素は、必要に応じて水電解システム１の外部に排出され（図１の点線矢印Ｆ３０）、例えば、炭化水素化合物の生成や、化学品の還元に利用される。

【0055】

第２水素タンク３５と供給ポンプ４３とを接続する水素側流路３０ｆには、逆止弁３８が配置されている。逆止弁３８は、供給ポンプ４３から第２水素タンク３５への流体の流れを許容する一方、第２水素タンク３５から供給ポンプ４３への流体の流れを遮断する。

【0056】

図２は、水電解システム１における水電解処理の説明図である。図２では、水電解処理が行われている間の流体の流れを、太線矢印で図示している。水電解システム１では、水供給部４０が水供給流路４０ａ、４０ｄ、および４０ｂを介して電解セル１０の酸素極側流路１２に供給する水を電気分解し、酸素極１１ｂで酸素を生成し、水素極１１ｃで水素を生成する。このとき、電解セル１０において電気分解されなかった水が、酸素極側流路１２では、生成された酸素とともに酸素側流路２０ａに排出され、水素極側流路１３では、生成された水素とともに水素側流路３０ａに排出される。

【0057】

制御部５０は、水電解処理の開始指示を受け付けると、水電解処理を開始する。水電解処理開始時、制御部５０は、酸素側処理部２０が備える三方弁６１を制御して、酸素側流路２０ａと酸素側流路２０ｄを接続し、三方弁６２を制御して酸素側流路６０ａと酸素側流路６０ｂを接続し、三方弁６９を制御して酸素供給流路６０ｆと酸素側流路６０ｇを接続する。また、制御部５０は、水供給部４０が備える三方弁４７を制御して水供給流路４０ａと水供給流路４０ｄを接続する。

【0058】

また、制御部５０は、水素側処理部３０が備える三方弁３９ｅを制御して、水素側流路３０ａと水素側流路３０ｎを接続し、三方弁３９ｃを制御して水素側流路３０ｃと水素側流路３０ｇを接続し、三方弁３９ａを制御して水素供給流路３０ｄと水素側流路３０ｋを接続し、オンオフ弁３９ｂを閉弁させる。

【0059】

次に、制御部５０は、電源１４を制御して、電解セル１０に電力を供給させる。そして、制御部５０が、水供給部４０のオンオフ弁４６を開弁し、水素側処理部３０の流量調整弁３６を開弁すると、供給ポンプ４３が駆動され、水タンク４１内の水Ｗ７０が、水供給流路４０ａ、水供給流路４０ｄ、および水供給流路４０ｂを介して電解セル１０の酸素極側流路１２に供給され、電解セル１０における水電解が開始される。ここで、制御部５０は、電解セル１０での水の電気分解の状況に合わせて流量調整弁３６の流量を調整して開弁させる。例えば、電源１４が、太陽光、水力、風力、波力、バイオマス、地熱などの再生可能エネルギー由来の電源である場合、再生可能エネルギー由来の電源から供給される電力は、電力量が大きく変動しやすい。そのため、制御部５０は、電源１４から供給される電力量に応じて、流量調整弁３６の開度を調整して、供給ポンプ４３に供給される水素の量を調整し、水タンク４１から電解セル１０に供給される水の量を制御する。電源１４の種類は、特に限定されず、商用電源であってもよい。

【0060】

電解セル１０において生成された酸素は、電解セル１０において電気分解されなかった水とともに酸素極側流路１２を流れ、酸素側流路２０ａに排出される。酸素側流路２０ａを流れる酸素と水の混合物は、熱交換器２１において冷却された後、酸素側気液分離器２３に送られる。酸素側気液分離器２３では、酸素と水の混合物から気液が分離される。気液分離によって得られた酸素は、酸素側流路６０ａおよび酸素側流路６０ｂを通って、第１酸素タンク６３に貯留される。第１酸素タンク６３で貯留されている酸素の圧力が所定値以上になると、背圧弁６７が開いて、第１酸素タンク６３から第２酸素タンク６５に酸素が流入する。

【0061】

一方、気液分離によって得られた水Ｗ２０は、酸素側流路２０ｃを通って、水タンク４１に送られる。詳しくは、酸素側気液分離器２３の水Ｗ２０は、酸素側気液分離器２３の水Ｗ２０の水位に応じて水タンク４１に送られる。具体的には、水位計２２ａが検出する水Ｗ２０の水位が所定の水位を超えるとき、制御部５０は、オンオフ弁２２を開く。このとき、酸素側気液分離器２３の水Ｗ２０は、酸素側気液分離器２３における内部の酸素の圧力によって押し出される形で酸素側流路２０ｃを流れ、イオン交換器７９を介して水タンク４１に送られる。

【0062】

酸素側気液分離器２３内の水Ｗ２０が水タンク４１に送られるとき、酸素側気液分離器２３から水タンク４１に送られる水の量、すなわち、酸素側流路２０ｃを流れる水の量が所定値より少ない場合、制御部５０は、送液ポンプ７７を駆動し、酸素側流路２０ｃを流れる水の量を増加させる。具体的には、制御部５０は、水Ｗ２０を水タンク４１に送るときに圧力計６８が検出する酸素側気液分離器２３の酸素の圧力から、酸素側流路２０ｃを流れる水の量が所定値より少ないか否かを判定する。制御部５０は、酸素側流路２０ｃを流れる水の量が所定値より少ないと判定すると、第１酸素タンク６３に貯留されている酸素が送液ポンプ７７に供給されるように、流量調整弁６６を開く。第１酸素タンク６３の酸素が送液ポンプ７７に送られると、送液ポンプ７７が駆動し、酸素側流路２０ｃを流れる水が加圧される。これにより、酸素側流路２０ｃを流れる水の量が増加する。酸素側気液分離器２３から酸素側流路２０ｃに流入した水は、イオン交換器７９によって導電率が低下されて、水タンク４１に送られる。送液ポンプ７７の駆動に用いられた酸素は、酸素側流路６０ｈおよび酸素側流路６０ｅを介して第２酸素タンク６５に流入する。

【0063】

電解セル１０において生成された水素は、電解セル１０において電気分解されなかった水とともに水素極側流路１３を流れ、水素側流路３０ａに排出される。水素側流路３０ａを流れる水素と水の混合物は、水素側気液分離器３１において、水素と水の混合物から気液が分離される。気液分離によって得られた水素は、水素側流路３０ｃを通って、第１水素タンク３３に貯留される。第１水素タンク３３で貯留されている水素の圧力が所定値以上になると、背圧弁３７が開いて、第１水素タンク３３から第２水素タンク３５に酸素が流入する。

【0064】

ここで、第１水素タンク３３に貯留されている水素の圧力について説明する。第１水素タンク３３には、逆止弁３４が配置されている水素側流路３０ｃを通って、気液分離によって得られた水素が流入する。この気液分離される水素は、電解セル１０での水の電気分解によって継続的に生成されているため、第１水素タンク３３にも継続的に水素が供給される。一方、第１水素タンク３３からの水素が流れる水素側流路３０ｅには、背圧弁３７が配置されており、第１水素タンク３３からの水素の圧力が、背圧弁３７にあらかじめ設定されている圧力値より大きくならない限り、水素側流路３０ｅには水素は流れない。また、第１水素タンク３３からの水素が流れる水素供給流路３０ｄには、水素供給流路３０ｄを流れる水素の流量を調整する流量調整弁３６が配置されており、制御部５０からの指令がないと水素供給流路３０ｄには水素は流れない。このように、本実施形態の水電解システム１では、第１水素タンク３３には水素が継続的に供給される一方、第１水素タンク３３からは限定的にしか水素は排出されないため、第１水素タンク３３内の水素の圧力は、比較的高い圧力となる。

【0065】

第１水素タンク３３に貯留されている水素は、水素供給流路３０ｄおよび水素側流路３０ｋを介して供給ポンプ４３に供給される。供給ポンプ４３では、第１水素タンク３３から供給される水素を用いて、水タンク４１に貯留されている水を加圧する。本実施形態では、供給ポンプ４３は、上述した高圧水素によって駆動するため、水の電気分解と電解セル１０の冷却を両立させるのに十分な量の水を電解セル１０に供給することができる。

【0066】

供給ポンプ４３の駆動に用いられた水素は、比較的低い圧力となっており、水素側流路３０ｆおよび水素側流路３０ｉを介して第２水素タンク３５に送られる。すなわち、第２水素タンク３５では、背圧弁３７が開くことによって第１水素タンク３３から送られる水素と、供給ポンプ４３から送られる水素とが貯留される。

【0067】

一方、気液分離によって得られた水Ｗ３０は、水素側流路３０ｂを通って、水タンク４１に送られる。詳しくは、水素側気液分離器３１の水Ｗ３０は、水素側気液分離器３１の水Ｗ３０の水位に応じて水タンク４１に送られる。具体的には、水位計３２ａが検出する水Ｗ３０の水位が所定の水位を超えるとき、制御部５０は、オンオフ弁３２を開く。このとき、水素側気液分離器３１の水Ｗ３０は、水素側気液分離器３１における内部の水素の圧力によって押し出される形で水素側流路３０ｂを流れて水タンク４１に送られる。

【0068】

上述の通り、水電解システム１では、水電解処理が行われている間、電解セル１０において電気分解されなかった水のうち、酸素側処理部２０から水タンク４１に送られて再利用される水は、イオン交換器７９によって導電率が低下されている。また、水タンク４１から電解セル１０に供給される水の一部は、一部は、イオン交換器４５においてイオン交換され、導電率が低下されている。そのため、水電解システム１において水電解処理が行われる際は、導電率が低い水が電解セル１０に供給される。

【0069】

制御部５０は、水電解処理の終了指示を受け付けると、水供給部４０のオンオフ弁４６を閉弁させ、水素側処理部３０の流量調整弁３６およびオンオフ弁３９ｂを閉弁させ、電源１４からの電力供給を停止させる。これにより、電解セル１０による水電解が停止される。また、制御部５０は、酸素側処理部２０の流量調整弁６６、オンオフ弁２２、および水素側処理部３０のオンオフ弁３２を閉弁させて水電解処理を終了し、後述する水電解停止処理に移行する。

【0070】

例えば、電源１４が、再生可能エネルギー由来の電源である場合、電力量が大きく変動するため、電源１４の出力電力が所定の閾値を超えたとき、水電解処理が開始され、電源１４の出力電力が所定の閾値を下回ったとき、水電解処理が終了されてもよい。すなわち、水電解処理の開始指示、および終了指示を、電源１４の出力電力に応じて、制御部５０が受け付けてもよい。また、水電解システム１が起動され、所定の時間経過後に水電解処理が開始され、水電解システム１の運転停止指示が入力されたら（例えば、水電解システム１の起動スイッチがオフにされる）、水電解処理が終了されてもよい。

【0071】

図３は、水電解システム１における水電解停止処理の説明図である。図３では、水電解停止処理が行われている間の流体の流れを、太線矢印で図示している。水電解システム１では、水電解停止処理において、制御部５０は、電源１４から電解セル１０への電力供給を停止させると共に、水供給部４０から電解セル１０への水の供給を停止させる。これにより、電解セル１０による水の電気分解が停止する。そして、制御部５０は、第１酸素タンク６３に貯留された酸素を用いて水供給流路、酸素極側流路１２、および酸素側流路のパージを行うと共に、第１水素タンク３３に貯留された水素を用いて水素極側流路１３および水素側流路のパージを行う。

【0072】

水電解停止処理開始時、制御部５０は、酸素側処理部２０が備える三方弁６１を制御して、酸素側流路２０ａと酸素側流路２０ｄを接続し、三方弁６２を制御して酸素側流路６０ａと酸素側流路６０ｄを接続し、三方弁６９を制御して酸素供給流路６０ｆと酸素供給流路６０ｉを接続する。また、制御部５０は、水供給部４０が備える三方弁４７を制御して酸素供給流路６０ｉと水供給流路４０ｄを接続し、オンオフ弁４６を閉弁させる。

【0073】

制御部５０が流量調整弁６６を開弁させると、第１酸素タンク６３内の高圧酸素は、酸素供給流路６０ｆ、酸素供給流路６０ｉ、水供給流路４０ｄ、供給ポンプ４３、および水供給流路４０ｂを流れて電解セル１０に流入する。そして、酸素は、酸素極側流路１２を流れて酸素側流路２０ａに流入し、酸素側流路２０ｄ、熱交換器２１、酸素側流路２０ｂを通って酸素側気液分離器２３に流入する。酸素が上記の流路等を流れる際に、流路等の内に在る水は、酸素によって、酸素側気液分離器２３に排出される。すなわち、上記の流路等が、第１酸素タンク６３内の酸素によってパージされる。酸素側気液分離器２３にて水が分離された酸素は、酸素側流路６０ａ、酸素側流路６０ｄ、酸素側流路６０ｅを通って第２酸素タンク６５に流入する。

【0074】

上述の通り、水の電気分解を停止した時、酸素側流路６０ａが酸素側流路６０ｄおよび酸素側流路６０ｅを介して第２酸素タンク６５に接続される。すなわち、第１酸素タンク６３と第２酸素タンク６５とが、酸素供給流路６０ｆ、酸素供給流路６０ｉ、水供給流路４０ｄ、供給ポンプ４３、水供給流路４０ｂ、酸素極側流路１２、酸素側流路２０ａ、酸素側流路２０ｄ、熱交換器２１、酸素側流路２０ｂ、酸素側気液分離器２３、酸素側流路６０ａ、酸素側流路６０ｄ、および酸素側流路６０ｅを介して接続される。そのため、第１酸素タンク６３と第２酸素タンク６５との圧力差を利用して、第１酸素タンク６３から第２酸素タンク６５へ、上記の経路で第１酸素タンク６３内の酸素が流すことができる。その結果、水供給流路、供給ポンプ４３、酸素極側流路１２、酸素側流路、および熱交換器２１内の水を排出させることができる。

【0075】

また、水電解停止処理開始時、制御部５０は、水素側処理部３０が備える三方弁３９ｅを制御して、水素側流路３０ａと水素側流路３０ｎを接続し、三方弁３９ｃを制御して水素側流路３０ｃと水素側流路３０ｈを接続し、三方弁３９ａを制御して水素供給流路３０ｄと水素供給流路３０ｊを接続する。

【0076】

制御部５０が流量調整弁３６を開弁させると共にオンオフ弁３９ｂを開弁させると、第１水素タンク３３内の高圧水素は、水素供給流路３０ｄ、および水素供給流路３０ｊを流れて電解セル１０に流入する。そして、水素は、水素極側流路１３を流れて水素側流路３０ａに流入し、水素側流路３０ｎを通って水素側気液分離器３１に流入する。水素が上記の水素側流路を流れる際に、流路内に在る水は、水素によって、水素側気液分離器３１に排出される。すなわち、上記の流路が、第１水素タンク３３内の水素によってパージされる。水素側気液分離器３１にて水が分離された水素は、水素側流路３０ｃ、水素側流路３０ｈ、水素側流路３０ｉを通って第２水素タンク３５に流入する。

【0077】

上述の通り、水の電気分解を停止した時、水素側流路３０ｃが水素側流路３０ｈおよび水素側流路３０ｉを介して第２水素タンク３５に接続される。すなわち、第１水素タンク３３と第２水素タンク３５とが、水素供給流路３０ｄ、水素供給流路３０ｊ、水素極側流路１３、水素側流路３０ａ、水素側流路３０ｎ、水素側気液分離器３１、水素側流路３０ｃ、水素側流路３０ｈ、および水素側流路３０ｉを介して接続される。そのため、第１水素タンク３３と第２水素タンク３５との圧力差を利用して、第１水素タンク３３から第２水素タンク３５へ、上記の経路で第１水素タンク３３内の水素を流すことができる。その結果、水素極側流路１３、および水素側流路内の水を排出させることができる。

【0078】

制御部５０は、所定の時間経過後、酸素側処理部２０の流量調整弁６６、水素側処理部３０の流量調整弁３６およびオンオフ弁３９ｂを閉弁させて、水電解停止処理を終了する。

【0079】

図４は、水電解システム１における水電解開始処理の説明図である。図４では、水電解開始処理が行われている間の流体の流れを、太線矢印で図示している。水電解システム１では、水電解処理を再開する直前、換言すると、電解セル１０による水の電気分解を停止した後、電解セル１０による水の電気分解を開始する時に、水電解開始処理を行う。水電解開始処理では、制御部５０は、水タンク４１に貯留された水Ｗ７０を用いて、水供給流路、酸素極側流路１２、および酸素側流路内に滞留する滞留水の排出を行い、第１水素タンク３３に貯留された水素を用いて水素極側流路１３および水素側流路内に滞留する滞留水の排出を行う。

【0080】

水電解開始処理が開始されると、制御部５０は、酸素側処理部２０が備える三方弁６１を制御して、酸素側流路２０ａと酸素側排出流路２０ｅを接続する。また、制御部５０は、水供給部４０が備える三方弁４７を制御して水供給流路４０ａと水供給流路４０ｄを接続する。また、制御部５０は、水素側処理部３０が備える三方弁３９ｅを制御して、水素側流路３０ａと水素側排出流路３０ｍを接続し、三方弁３９ａを制御して水素供給流路３０ｄと水素供給流路３０ｊを接続する。

【0081】

制御部５０が水素側処理部３０の流量調整弁３６を開弁させると共にオンオフ弁３９ｂを開弁させると、第１水素タンク３３内の高圧水素は、水素供給流路３０ｄおよび水素供給流路３０ｊを介して電解セル１０に流入する。そして、水素は、水素極側流路１３を流れて水素側流路３０ａに流入し、水素側排出流路３０ｍを通って水電解システム１の外に排出される。第１水素タンク３３内の水素が上記の流路を流れる際に、流路内に在る水は水素によって押し流され、水素と共に水電解システム１の外に排出される。

【0082】

所定時間経過後、制御部５０は、流量調整弁３６およびオンオフ弁３９ｂを閉弁させ、三方弁３９ａを制御して、水素供給流路３０ｄと水素側流路３０ｋを接続する。その後、制御部５０が流量調整弁３６を開弁すると、第１水素タンク３３内の水素は、水素供給流路３０ｄおよび水素側流路３０ｋを介して供給ポンプ４３に流入する。供給ポンプ４３は、第１水素タンク３３から供給される水素を用いて、水タンク４１に貯留されている水を加圧する。制御部５０が、オンオフ弁４６を開弁させ、第１水素タンク３３から供給ポンプ４３に水素が供給されると、水タンク４１内の水Ｗ７０が、水供給流路４０ａ、水供給流路４０ｄ、供給ポンプ４３および水供給流路４０ｂを流れて電解セル１０に流入する。そして、水タンク４１から供給された水は、酸素極側流路１２を流れて酸素側流路２０ａに流入し、酸素側排出流路２０ｅを通って水電解システム１の外に排出される。水タンク４１から供給された水が上記の流路を流れる際に、流路内に滞留する滞留水は、水タンク４１から供給された水によって押し流され、水電解システム１の外に排出される。供給ポンプ４３に供給された水素は、水素側流路３０ｆおよび水素側流路３０ｉを介して第２水素タンク３５に流入する。

【0083】

このように、水電解開始処理では、第１水素タンク３３内の水素を用いて、水素極側流路１３および水素側流路内の滞留水を排出させることができ、水タンク４１内の水を用いて、水供給流路、酸素極側流路１２、および酸素側流路内の滞留水を排出させることができる。

【0084】

制御部５０は、所定の時間経過後、水供給部４０のオンオフ弁４６を閉弁させ、水素側処理部３０の流量調整弁３６およびオンオフ弁３９ｂを閉弁させて、水電解開始処理を終了し、上述の水電解処理に移行する。

【0085】

上述の水電解処理、水電解停止処理、および水電解開始処理を実現するプログラムは、制御部５０に、予め記憶されていてもよい。また、プログラムはプログラム提供者側から通信ネットワークを介して、提供されてもよい。また、プログラムは、市販され、流通している可搬型記憶媒体に格納されていてもよい。この場合、この可搬型記憶媒体は外付け又は内蔵の読取装置にセットされて、制御部５０によってそのプログラムが読み出されて、実行されてもよい。可搬型記憶媒体としてはＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＵＳＢメモリ装置など様々な形式の記憶媒体を使用することができる。このような記憶媒体に格納されたプログラムが読取装置によって読み取られる。

【0086】

以上説明したように、本実施形態の水電解システム１によれば、電解セル１０における水電解処理実施時に、電解セル１０において生成された生成ガス（酸素、水素）を貯留し、電解セル１０における水電解処理の停止時に、貯留された生成ガスを用いて、酸素側流路、水供給流路、水素側流路、および電解セル１０等のパージを行うことができる。具体的には、第１酸素タンク６３に貯留された酸素を用いて、水供給流路４０ｄ、供給ポンプ４３、水供給流路４０ｂ、酸素極側流路１２、酸素側流路２０ａ、酸素側流路２０ｄ、熱交換器２１、および酸素側流路２０ｂをパージすることができる。一方、第１水素タンク３３に貯留された水素を用いて、水素極側流路１３、水素側流路３０ａ、および水素側流路３０ｎをパージすることができる。

【0087】

本実施形態の水電解システム１では、さらに、電解セル１０による水電解処理の開始時（開始直前）に、水電解開始処理を行い、水供給流路、酸素極側流路および酸素側流路等の内の滞留水を、水タンク４１内の水を用いて排水し、水素極側流路および水素側流路内の滞留水を、第１水素タンク３３内の水素を用いて排水させている。具体的には、水電解システム１では、水タンク４１内の水を用いて、水供給流路４０ａ、水供給流路４０ｄ、供給ポンプ４３、水供給流路４０ｂ、酸素極側流路１２、および酸素側流路２０ａ内の滞留水を排出させることができる。一方、水電解システム１の水素側では、第１水素タンク３３に貯留された水素を用いて、水素極側流路１３および水素側流路３０ａ内の滞留水を排出させることができる。

【0088】

水電解システム１では、電解セル１０に水を供給するため、水が流れる水供給流路４０ａ、水供給流路４０ｄ、供給ポンプ４３、水供給流路４０ｂ、および酸素極側流路１２内には、電解セル１０の電解停止時に、水が在る。また、電解セル１０の酸素極１１ｂ側で生成された酸素は、水と共に酸素側流路２０ａに流入し、酸素側流路２０ｄ、熱交換器２１、酸素側流路２０ｂを流れて酸素側気液分離器２３に流入するため、電解セル１０の電解停止時に、酸素側流路２０ａ、酸素側流路２０ｄ、熱交換器２１、および酸素側流路２０ｂ内にも水が在る。また、電解セル１０の酸素極１１ｂ側に供給された水は、電解質膜１１ａを透過して水素極１１ｃ側に移動するため、水素極１１ｃ側で生成された水素は、水と共に水素側流路３０ａに流入し、水素側流路３０ｎを流れて水素側気液分離器３１に流入する。そのため、電解セル１０の電解停止時に、水素極側流路１３、水素側流路３０ａおよび水素側流路３０ｎ内にも水が在る。

【0089】

水供給流路、酸素側流路、水素側流路としては、例えば、ステンレス鋼等の金属製の配管が用いられることが多く、また、電解セル１０の内には、金属メッシュ等の給電体が設けられていることが多い。そのため、電解の停止時間が長いと、水供給流路や、水電解セル内（酸素極側流路１２、水素極側流路１３）に滞留する滞留水に、水供給流路、酸素側流路、水素側流路としての金属製の配管や、水電解セル内の金属メッシュ等から金属イオンが溶出し、滞留水の導電率が上昇する場合がある。水電解システム１における水電解開始時、電解セル１０に水が供給される際に、滞留水も一緒に電解セル１０に供給される。そのため、滞留水の導電率が上昇すると、電解セル１０に供給される水の導電率が上昇する。水電解処理の再開時に、導電率が高い水が電解セル１０に供給されると、不純物イオンの電極への吸着、酸化による電極の劣化に伴う水電解効率の低下が生じる虞がある。また、水電解により発生するガス中に不純物ガス成分が混じる虞がある。

【0090】

これに対し、本実施形態の水電解システム１によれば、電解セル１０における水電解処理の停止時に、水電解停止処理によって水の供給路、酸素側流路、水素側流路、および電解セル１０内の流路のパージを行うため、水電解処理の停止時にこれらの流路内に在る水の量を低減することができる。そのため、水電解処理の停止中に、それらの流路内に滞留する滞留水の量を低減することができる。電解セル１０内の滞留水の量を低減することにより、電極や給電体と滞留水との接触による金属イオンの溶出による電解セル１０の劣化を抑制することができる。さらに、水電解システム１では、電解セル１０による水電解処理の開始時（開始直前）に水電解開始処理を行い、水電解停止処理を行ってもなお流路内に残留し、滞留している滞留水を、水電解処理開始直前に排出させることができる。すなわち、導電率が高い滞留水を、水電解処理開始前に排出させることができる。その結果、水電解処理の再開時に電解セル１０に供給される水の導電率の上昇を抑制することができ、電解セル１０の電極の劣化を抑制し、電解セル１０の耐久性を向上させることができる。なお、水電解システム１において、電解セル１０に供給される水の導電率を、常に１μＳ／ｃｍより小さい状態（純水状態）に維持することが好ましい。

【0091】

水電解システム１では、第１酸素タンク６３内の酸素を、水タンク４１と供給ポンプ４３とを繋ぐ水供給路に流入させるため、供給ポンプ４３のパージも行うことができる。供給ポンプ４３が金属製である場合、パージを行うことにより、電解セル１０に供給される水の導電率の向上を抑制することができる。

【0092】

電解セル１０に電力を供給する電源１４として、例えば、太陽光の再生可能エネルギー由来の電源を用いる場合、夜間は電力が供給されないため、水電解処理が停止され、電源１４からの電力供給が開始されるまで、比較的長い時間、水電解処理が停止される。水電解処理の停止時に水電解システム１内に水が在り、長時間、水電解システム１内に滞留すると、滞留水の導電率が向上する可能性が高い。そのため、電源１４として再生可能エネルギー由来の電源を用いる場合に、水電解システム１を採用すると、滞留水の導電率の向上を抑制することができるため、好適である。なお、電源１４が商用電源である場合にも、水電解処理停止に伴う滞留水の導電率の向上を、適切に抑制することができる。

【0093】

また、水電解システム１では、水電解停止処理において、酸素側流路、水供給流路、および酸素極側流路１２のパージには、酸素が用いられ、水素側流路および水素極側流路１３のパージには、水素が用いられる。すなわち、水電解によって酸素が生成される酸素極１１ｂ側の酸素極側流路１２に繋がる流路は酸素でパージされ、水電解によって水素が生成される水素極１１ｃ側の水素極側流路１３に繋がる流路は水素でパージされる。そのため、水電解処理を開始した際に、電解セル１０から排出される気体は、酸素側では酸素、水素側では水素である。そのため、例えば、空気を用いて、水電解システム１内の各流路をパージする場合と比較して、水電解処理によって電解セル１０から排出される酸素および水素の純度を向上させることができる。

【0094】

また、水電解システム１では、電解セル１０における水電解により生成され、それぞれ貯留された酸素および水素を用いて、水電解システム１内の流路のパージを行っている。そのため、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスを用いてパージを行う場合と比較して、パージ用のガスを貯留する貯留タンク等が不要であるため、水電解システム１の小型化、コスト低減に資することができる。

【0095】

また、水電解によって生成された酸素であって、水電解停止処理において、水電解システム１の流路のパージに用いられた酸素は、第２酸素タンク６５に貯留される。また、水電解によって生成された水素であって、水電解停止処理において、水電解システム１の流路のパージに用いられた水素は、第２水素タンク３５に貯留される。すなわち、パージに用いられた酸素および水素は、廃棄されない。そのため、水電解によって生成された酸素および水素のうち、水電解システム１外に供給されて利用可能な酸素および水素の量の低下を抑制することができる。

【0096】

また、水電解システム１の上記流路等に滞留する滞留水は、水電解システム１の外に排出され、再利用されない。そのため、水タンク４１内の水の導電率の上昇を抑制することができる。

【0097】

さらに、水電解システム１では、水電解開始処理において、水タンク４１内の水を用いて、水供給流路、酸素極側流路１２、および酸素側流路内の滞留水を排出させている。すなわち、水電解開始時（水電解開始直前)に、導電率が低い純水が酸素極側流路１２に供給される。そのため、気体を用いて、水供給流路、酸素極側流路１２、および酸素側流路内の滞留水を排出させる場合と比較して、電解質膜１１ａの湿潤状態を良好に保つことができ、水電解効率の低下を抑制することができる。

【0098】

また、本実施形態の水電解システム１は、イオン交換器４５およびイオン交換器７９を備え、電解セル１０に供給される水の導電率をイオン交換によって低下させている。上述の通り、水電解システム１では、水電解停止処理および水電解開始処理によって、電解セル１０に供給される水の導電率の上昇を抑制することができるため、イオン交換器４５およびイオン交換器７９の交換頻度を抑制することができ、純水製造コストを削減することができる。

【0099】

また、水電解システム１の酸素側処理部２０は、高圧で酸素を貯留する第１酸素タンク６３と、第１酸素タンク６３より低圧で酸素を貯留する第２酸素タンク６５とを備え、第１酸素タンク６３と第２酸素タンク６５との圧力差を利用して、第１酸素タンク６３内の酸素を水供給流路に供給している。同様に、水電解システム１の水素側処理部３０は、高圧で水素を貯留する第１水素タンク３３と、第１水素タンク３３より低圧で水素を貯留する第２水素タンク３５とを備え、第１水素タンク３３と第２水素タンク３５との圧力差を利用して、第１水素タンク３３内の水素を電解セル１０に供給している。そのため、流路等の内の水を排出するためにポンプ等を別個に設ける場合と比較して、水電解システム１の小型化、コスト低減、エネルギの低減に資することができる。

【0100】

また、本実施形態の水電解システム１によれば、電気分解されずに電解セル１０の酸素極側流路１２から排出される水は、酸素側気液分離器２３によって酸素と分離され、水タンク４１に送られる。また、電解セル１０の水素極側流路１３から排出される水は、水素側気液分離器３１によって水素と分離され、水タンク４１に送られる。酸素側気液分離器２３と水素側気液分離器３１から水タンク４１に送られた水は、再び、電解セル１０に供給され、電気分解される。水電解システム１に用いられる水は、純度が高い水であるため、製造に多くの費用がかかっている。そこで、電気分解されずに電解セル１０から排出された水を電気分解に再利用することによって、酸素および水素の製造コストを低減することができる。

【0101】

また、本実施形態の水電解システム１によれば、水素側気液分離器３１を用いて第１水素タンク３３に貯留される前の水素から水を取り除く。同様に、酸素側気液分離器２３を用いて第１酸素タンク６３に貯留される前の酸素から水を取り除く。これにより、湿度が低い水素や酸素を用いて、水電解システム１内の流路のパージを行うことができる。

【0102】

また、本実施形態の水電解システム１によれば、水タンク４１の水Ｗ７０を電解セル１０に送るために加圧する供給ポンプ４３には、第１水素タンク３３の水素が供給される。これは、１ｍｏｌの水の電気分解によって０．５ｍｏｌの酸素と、１ｍｏｌの水素とが生成されるように、水の電気分解においては水素の発生量が酸素の発生量より多いためである。これにより、第１水素タンク３３の内容積と第１酸素タンク６３の内容積とが同じである場合、第１水素タンク３３内の水素の圧力は、第１酸素タンク６３内の酸素の圧力より高くなりやすいため、供給ポンプ４３を駆動しやすくなる。

【0103】

＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態の水電解システム１Ａの概略構成を示した説明図である。水電解システム１Ａは、電解セル１０と、酸素側処理部２０Ａと、水素側処理部３０と、水供給部４０Ａと、制御部５０を備える。第２実施形態の水電解システム１Ａが第１実施形態の水電解システム１と異なる点は、酸素側処理部２０Ａが第２酸素タンク６５を備えず、酸素供給ポンプ８０を備える点と、水供給部４０Ａが送液ポンプ７７およびイオン交換器７９を備えない点である。第１実施形態と同一の構成には、同一の符号を付して、先行する説明を参照する。

【0104】

酸素側処理部２０Ａが備える酸素供給ポンプ８０は、電動ポンプである。酸素供給ポンプ８０は酸素供給流路６０ｆに設けられ、制御部５０によって制御されて、第１酸素タンク６３内の酸素を酸素供給流路６０ｆを介して水供給流路４０ｄに流入させる。

【0105】

水供給部４０Ａは、第１実施形態における送液ポンプ７７およびイオン交換器７９を備えないため、気液分離によって得られた水Ｗ２０は、酸素側流路２０ｃを通って、そのまま、水タンク４１に送られる。

【0106】

図６は、水電解システム１Ａにおける水電解停止処理の説明図である。図６では、水電解停止処理が行われている間の流体の流れを、太線矢印で図示している。水電解停止処理開始時、制御部５０は、酸素側処理部２０Ａが備える三方弁６１を制御して、酸素側流路２０ａと酸素側流路２０ｄを接続し、水供給部４０Ａが備える三方弁４７を制御して酸素供給流路６０ｆと水供給流路４０ｄを接続し、オンオフ弁４６を閉弁させる。

【0107】

制御部５０が流量調整弁６６を開弁させ、酸素供給ポンプ８０を駆動すると、第１酸素タンク６３内の酸素は、酸素供給流路６０ｆ、水供給流路４０ｄ、供給ポンプ４３、および水供給流路４０ｂを流れて電解セル１０に流入する。そして、酸素は、酸素極側流路１２を流れて酸素側流路２０ａに流入し、酸素側流路２０ｄ、熱交換器２１、酸素側流路２０ｂを通って酸素側気液分離器２３に流入する。酸素が上記の流路等を流れる際に、流路等の内に在る水は、酸素によって、酸素側気液分離器２３に排出される。すなわち、上記の流路等が、第１酸素タンク６３内の酸素によってパージされる。酸素側気液分離器２３にて水が分離された酸素は、酸素側流路６０ａを通って第１酸素タンク６３に流入する。

【0108】

水素側処理部３０の制御および流体の流れは、第１実施形態と同一であるため、先行する説明を参照する。

【0109】

以上説明したように、本実施形態の水電解システム１Ａによっても、水電解停止処理によって、電解セル１０、流路等の内に在る水の少なくとも一部を排出することができるため、水電解処理の停止時にこれらの流路等の内に在る水の量を低減することができる。そのため、水電解処理の停止中に、それらの流路等の内に滞留する滞留水の量を低減することができる。電解セル１０内の滞留水の量を低減することにより、電極や給電体と滞留水との接触による金属イオンの溶出による電解セル１０の劣化を抑制することができる。また、水電解システム１Ａ内の滞留水の量を低減することにより、水電解処理の再開時に電解セル１０に供給される水の導電率の上昇を抑制することができる。

【0110】

＜第３実施形態＞
図７は、第３実施形態の水電解システム１Ｂの概略構成を示した説明図である。水電解システム１Ｂは、電解セル１０と、酸素側処理部２０Ｂと、水素側処理部３０と、水供給部４０Ａと、制御部５０を備える。第３実施形態の水電解システム１Ｂが第２実施形態の水電解システム１Ａと異なる点は、酸素側処理部２０Ｂが第１酸素タンク６３を備えない点である。第１実施形態および第２実施形態と同一の構成には、同一の符号を付して、先行する説明を参照する。

【0111】

酸素側処理部２０Ｂが備える酸素側気液分離器２３は、酸素供給流路６０ｆを介して水供給流路４０ｄに接続されている。詳しくは、酸素供給流路６０ｆは、酸素側気液分離器２３の比較的上方であって、気液分離された酸素が貯留される部分に接続されている。本実施形態の酸素側気液分離器２３を、「第１酸素貯留部」、「酸素貯留部」とも呼ぶ。

【0112】

図８は、水電解システム１Ｂにおける水電解停止処理の説明図である。図８では、水電解停止処理が行われている間の流体の流れを、太線矢印で図示している。水電解停止処理開始時、制御部５０は、酸素側処理部２０Ｂが備える三方弁６１を制御して、酸素側流路２０ａと酸素側流路２０ｄを接続し、水供給部４０Ａが備える三方弁４７を制御して酸素供給流路６０ｆと水供給流路４０ｄを接続し、オンオフ弁４６を閉弁させる。

【0113】

制御部５０が流量調整弁６６を開弁させ、酸素供給ポンプ８０を駆動すると、酸素側気液分離器２３内の酸素は、酸素供給流路６０ｆ、水供給流路４０ｄ、供給ポンプ４３、および水供給流路４０ｂを流れて電解セル１０に流入する。そして、酸素は、酸素極側流路１２を流れて酸素側流路２０ａに流入し、酸素側流路２０ｄ、熱交換器２１、酸素側流路２０ｂを通って酸素側気液分離器２３に流入する。酸素が上記の流路等を流れる際に、流路等の内に在る水は、酸素によって、酸素側気液分離器２３に排出される。すなわち、上記の流路等が、酸素側気液分離器２３内の酸素によってパージされる。酸素側気液分離器２３に流入した酸素と水の混合物は、酸素側気液分離器２３によって気液分離される。

【0114】

水素側処理部３０の制御および流体の流れは、第１実施形態と同一であるため、先行する説明を参照する。

【0115】

以上説明したように、本実施形態の水電解システム１Ｂによっても、水電解停止処理によって、電解セル１０、流路等の内に在る水の少なくとも一部を排出することができるため、水電解処理の停止時にこれらの流路等の内に在る水の量を低減することができる。そのため、水電解処理の停止中に、それらの流路等の内に滞留する滞留水の量を低減することができる。電解セル１０内の滞留水の量を低減することにより、電極や給電体と滞留水との接触による金属イオンの溶出による電解セル１０の劣化を抑制することができる。また、水電解システム１Ａ内の滞留水の量を低減することにより、水電解処理の再開時に電解セル１０に供給される水の導電率の上昇を抑制することができる。

【0116】

また、本実施形態の水電解システム１Ｂでは、酸素側気液分離器２３が第１酸素貯留部、酸素貯留部として機能するため、水電解システム１Ｂの小型化およびコスト低減に資することができる。

【0117】

＜第４実施形態＞
図９は、第４実施形態の水電解システム１Ｃの概略構成を示した説明図である。水電解システム１Ｃは、電解セル１０と、酸素側処理部２０Ｃと、水素側処理部３０と、水供給部４０Ｃと、制御部５０を備える。第４実施形態の水電解システム１Ｃが第１実施形態の水電解システム１と異なる点は、酸素側処理部２０Ｃが酸素供給流路６０ｉを備えない点である。第１実施形態と同一の構成には、同一の符号を付して、先行する説明を参照する。

【0118】

酸素側処理部２０Ｃが酸素供給流路６０ｉを備えないため、第１酸素タンク６３内の酸素は水供給流路４０ｄに流入されない。すなわち、第４実施形態の水電解システム１Ｃでは、第１実施形態の水電解システム１において行われる水電解停止処理が行われない。本実施形態の水電解システム１Ｃでは、水電解処理が終了されたときに、水電解システム１Ｃ内に在る水は、水電解処理の停止中、そのまま滞留する。そして、水電解処理が再開されるときに、水電解開始処理が行われて滞留水が排出される。

【0119】

図１０は、水電解システム１Ｃにおける水電解開始処理の説明図である。図１０では、水電解開始処理が行われている間の流体の流れを、太線矢印で図示している。水電解処理開始時、水電解システム１Ｃにおいても、第１実施形態の水電解システム１と同様に、制御部５０は、水タンク４１に貯留された水Ｗ７０を用いて、水供給流路、酸素極側流路１２、および酸素側流路内に滞留する滞留水の排出を行い、第１水素タンク３３に貯留された水素を用いて水素極側流路１３および水素側流路内に滞留する滞留水の排出を行う。

【0120】

以上説明したように、本実施形態の水電解システム１Ｃによっても、水電解開始処理によって、電解セル１０、流路等の内に滞留水の少なくとも一部を水電解システム１Ｃの外に排出することができる。そのため、水電解処理の再開時に電解セル１０に供給される水の導電率の上昇を抑制することができる。

【0121】

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0122】

・上記実施形態では、水電解システム１において、水電解停止処理と水電解開始処理との両方を行う例を示したが、水電解停止処理と水電解開始処理のいずれか一方のみを行ってもよい。このようにしても、電解セル１０に供給される水の導電率の上昇を抑制することができる。

【0123】

・上記実施形態では、酸素側の流路および水供給流路内の水を排出すると共に、水素側の流路内の水を排出する例を示したが、水素側の流路内の水を排出しなくてもよい。水電解において、電解セルの酸素極側に水が供給されるため、水素側の流路に存在する水の量は、酸素側の流路および水供給流路内に存在する水の量と比較して少ないためである。

【0124】

・上記第２実施形態では、酸素側処理部２０Ａにおいて第２酸素タンク６５を備えず、酸素供給ポンプ８０を用いて第１酸素タンク６３内の酸素を送り出す例を示したが、他の形態では、水素側処理部３０において同様に、第２水素タンク３５を備えず、水素供給ポンプを用いて第１水素タンク６３内の水素を送り出してもよい。また、酸素処理部および水素処理部の両方において、ポンプを用いて、タンク内の気体（酸素または水素）を送り出してもよい。

【0125】

・上記第３実施形態では、酸素側処理部２０Ｂにおいて第１酸素タンク６３を備えず、酸素側気液分離器２３に貯留されている酸素を水供給流路４０ｄに供給する例を示したが、他の形態では、水素側処理部３０において同様に、第１水素タンク３３を備えず、水素側気液分離器３１に貯留されている水素を電解セル１０に供給してもよい。また、酸素処理部および水素処理部の両方において、気液分離器内の気体（酸素または水素）を送り出してもよい。

【0126】

・上記実施形態において、気液分離器において分離された水を水タンク４１に送って、再度、電解セル１０に供給する例を示したが、気液分離器において分離された水を水タンク４１に送らなくてもよい。また、気液分離器において分離された水を電解セル１０に供給しなくてもよい。

【0127】

・上記実施形態において、第１酸素タンク６３内の酸素を、水タンク４１と供給ポンプ４３とを繋ぐ水供給路に流入させる例を示したが、供給ポンプ４３と電解セル１０とを繋ぐ水供給流路４０ｂに流入させてもよい。

【0128】

・上記実施形態において、酸素側排出流路２０ｅを電解セル１０と熱交換器２１とを繋ぐ酸素側流路に接続する例を示したが、酸素側排出流路２０ｅを熱交換器２１と酸素側気液分離器２３とを繋ぐ酸素側流路２０ｂに接続してもよい。このようにすると、酸素側流路２０ｄ、熱交換器２１、および酸素側流路２０ｂ内の滞留水も水電解システム１の外に排出することができる。

【0129】

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

【符号の説明】

【0130】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…水電解システム
１０…電解セル
１１ａ…電解質膜
１１ｂ…酸素極
１１ｃ…水素極
１２…酸素極側流路
１３…水素極側流路
１４…電源
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ…酸素側処理部
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ…酸素側流路
２０ｅ…酸素側排出流路
２１…熱交換器
２１ａ…熱交換パイプ
２２、３２、３９ｂ、４６…オンオフ弁
２２ａ、３２ａ…水位計
２３…酸素側気液分離器
２４、３４、３８、６８…逆止弁
３０…水素側処理部
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈ、３０ｉ、３０ｋ、３０ｎ…水素側流路
３０ｄ、３０ｊ…水素供給流路
３０ｍ…水素側排出流路
３１…水素側気液分離器
３３…第１水素タンク
３５…第２水素タンク
３６、６６…流量調整弁
３７、６７…背圧弁
３９ａ、３９ｃ、３９ｅ、４４、４７、６１、６２、６９…三方弁
４０、４０Ａ、４０Ｃ…水供給部
４０ａ、４０ｂ、４０ｄ…水供給流路
４０ｃ…バイパス流路
４１…水タンク
４３…供給ポンプ
４５、７９…イオン交換器
５０…制御部
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ、６０ｅ、６０ｇ、６０ｈ…酸素側流路
６０ｆ、６０ｉ…酸素供給流路
６３…第１酸素タンク
６５…第２酸素タンク
６８…圧力計
７０…水供給部
７７…送液ポンプ
８０…酸素供給ポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】